Chemin optique du microscope optique ordinaire
1. Un microscope optique ordinaire est un instrument optique de précision. Dans le passé, les microscopes simples se composaient de seulement quelques lentilles, tandis que les microscopes d'aujourd'hui se composent d'un ensemble de lentilles. Les microscopes optiques ordinaires peuvent généralement grossir les objets 1500-2000 fois. (1) La structure du microscope La structure du microscope optique ordinaire peut être divisée en deux parties : l'une est le dispositif mécanique et l'autre est le système optique. Ce n'est que lorsque ces deux parties coopèrent bien que le microscope peut fonctionner. Tout d'abord, le dispositif mécanique du microscope Le dispositif mécanique du microscope comprend le cadre, le barillet d'objectif, le convertisseur d'objectif, la platine, la tige de poussée, la vis grossière, la micro vis et d'autres composants. Le support se compose d'une base et d'un bras de miroir. La platine et le barillet de l'objectif y sont fixés, ce qui constitue la base de l'installation des composants du système de grossissement optique.
(2) L'oculaire est connecté au barillet d'objectif du barillet d'objectif et le convertisseur est connecté au fond, formant une pièce sombre entre l'oculaire et l'objectif (installé sous le convertisseur). La distance entre le bord de fuite de l'objectif et l'extrémité du canon s'appelle la longueur mécanique du canon. Parce que le grossissement de l'objectif est pour une certaine longueur du barillet de l'objectif. Les modifications de la longueur du barillet de l'objectif modifient non seulement le grossissement, mais affectent également la qualité de l'image. Par conséquent, lors de l'utilisation du microscope, la longueur du barillet de l'objectif ne peut pas être modifiée à volonté. Au niveau international, la longueur standard du canon du microscope est fixée à 160 mm, et ce nombre est marqué sur le boîtier de l'objectif.
(3) Changeur de lentille d'objectif Le changeur de lentille de nez peut être équipé de 3 à 4 lentilles d'objectif, généralement trois lentilles d'objectif (faible grossissement, fort grossissement, lentille à huile). Les microscopes Nikon sont équipés de quatre objectifs. En faisant tourner le convertisseur, n'importe quelle lentille d'objectif peut être connectée au barillet d'objectif selon les besoins, et l'oculaire sur le barillet d'objectif constitue un système de grossissement.
(4) Il y a un trou au centre de la scène, qui est le chemin de la lumière. La platine est équipée de pinces à échantillon à ressort et de tiges de poussée, dont la fonction est de fixer ou de déplacer la position de l'échantillon de sorte que l'objet microscopique soit juste au centre du champ de vision.
(5) Le poussoir est un dispositif mécanique qui déplace l'échantillon. Il est constitué d'un châssis métallique avec deux engrenages de propulsion, un horizontal et un vertical. Un bon microscope a des échelles gravées sur la barre pour créer un plan très précis. Système de coordonnées. Si vous souhaitez observer une certaine partie de l'échantillon de test à plusieurs reprises, vous pouvez enregistrer la valeur de la règle verticale et horizontale lors de la première inspection, puis déplacer la tige de poussée en fonction de la valeur pour trouver la position de l'échantillon d'origine.
(6) La spirale grossière est un mécanisme qui ajuste la distance entre l'objectif et l'échantillon en déplaçant le barillet de l'objectif. Dans les anciens microscopes, une fois la spirale grossière tournée vers l'avant, la lentille descend et s'approche de l'échantillon. Lors de l'exécution de la microscopie sur de nouveaux microscopes de production, tournez la scène vers l'avant avec la main droite pour élever la scène afin de rapprocher l'échantillon de l'objectif et vice versa.
(7) La vis à micro-mouvement ne peut utiliser que la vis à mouvement grossier pour régler grossièrement la distance focale. Pour obtenir une image nette, vous devrez effectuer d'autres réglages avec une micro-vis. Le barillet de l'objectif se déplace de 0,1 mm (100 microns) pour chaque tour de la vis de frettage. Les spirales épaisses et fines du microscope à extrémité gao nouvellement produit sont coaxiales. 2. Le système optique du microscope Le système optique du microscope se compose d'un réflecteur, d'un condenseur, d'une lentille d'objectif, d'un oculaire, etc. Le système optique agrandit l'objet pour former une image agrandie de l'objet.
(1) Miroirs Les premiers microscopes optiques ordinaires utilisaient la lumière naturelle pour inspecter les objets et un miroir était installé sur le cadre. Le réflecteur se compose d'une surface plane et d'un miroir concave de l'autre, qui peut réfléchir la lumière qui l'affecte au centre de la lentille du condenseur, éclairant ainsi l'échantillon. Lorsque vous n'utilisez pas de condenseur, utilisez un miroir concave. Les miroirs concaves concentrent la lumière. Lors de l'utilisation d'un condenseur, un miroir plat est généralement utilisé. Le cadre de microscope inférieur nouvellement produit est équipé d'une source lumineuse et d'une vis de réglage du courant, qui peut régler l'intensité lumineuse en ajustant le courant.
(2) Condenseur Le condenseur se trouve sous la table. Il se compose d'une lentille de condenseur, d'une ouverture irisée et d'une vis de levage. Les concentrateurs peuvent être divisés en concentrateurs à fond clair et concentrateurs à fond noir. Les microscopes optiques courants sont équipés de condenseurs à fond clair. Les condenseurs à fond clair comprennent les condenseurs d'Abbe, les condenseurs d'illumination et les condenseurs à sable tombant. Les condenseurs d'Abbe souffrent d'aberrations chromatiques et sphériques lorsque l'ouverture numérique de l'objectif est supérieure à 0.6. Les condenseurs Qiming sont hautement corrigés pour l'aberration chromatique, l'aberration sphérique et le coma. C'est un condenseur de haute qualité pour la microscopie à fond clair, mais il ne convient pas aux objectifs inférieurs à 4x. Secouer le condenseur peut secouer la lentille supérieure du condenseur hors du chemin lumineux pour répondre aux besoins d'un objectif à faible grossissement (4 ×) et d'un éclairage à grand champ de vision.
Le condenseur est installé sous la scène et sa fonction est de focaliser la lumière réfléchie par la source lumineuse sur l'échantillon à travers le miroir pour obtenir un éclairage puissant et rendre l'image de l'objet lumineuse et claire. La hauteur du condenseur est réglable, de sorte que la mise au point tombe sur l'objet à inspecter et qu'une luminosité élevée soit obtenue. Le point focal du condenseur général est à 1,25 mm au-dessus de lui et sa limite de montée est de 0 0,1 mm en dessous du plan de scène. Par conséquent, l'épaisseur de la lame de verre requise doit être comprise entre 0.8-1.2 mm, sinon l'échantillon sous inspection ne pourra pas se concentrer, ce qui affectera l'effet microscopique. Il y a également une ouverture irisée devant le groupe de lentilles avant du condenseur, qui peut être ouverte et fermée, affectant la résolution et le contraste de l'image. Si l'ouverture de l'iris est trop grande, au-delà de l'ouverture numérique de l'objectif, une lumière parasite se produira ; si l'ouverture est fermée trop petite, la résolution sera réduite et le contraste sera augmenté. Par conséquent, lors de l'observation, grâce au réglage de l'ouverture de l'iris, le diaphragme de champ (microscope avec diaphragme de champ) est ouvert à la tangente extérieure de la périphérie du champ de vision, de sorte que les objets qui ne se trouvent pas dans le champ de vision ne peuvent recevoir aucune lumière . L'éclairage évite les interférences lumineuses diffusées.
(3) L'objectif installé sur le convertisseur à l'extrémité avant du barillet de l'objectif utilise la lumière pour rendre l'objet à inspecter pour la première fois. La qualité d'imagerie de l'objectif a une influence décisive sur la résolution. Les performances d'un objectif dépendent de l'ouverture numérique de l'objectif (ouverture numérique en abrégé NA). L'ouverture numérique de chaque objectif est marquée sur le boîtier de l'objectif. Plus l'ouverture numérique est grande, meilleures sont les performances de l'objectif. Il existe de nombreux types de lentilles d'objectif, qui peuvent être classées sous différents angles : Selon la différence de milieu entre la lentille frontale de la lentille d'objectif et l'objet à inspecter, elle peut être divisée en : 1. La lentille d'objectif sèche utilise l'air comme support, comme la lentille d'objectif couramment utilisée en dessous de 4{{10}}×, l'ouverture numérique est inférieure à 1. ②Les objectifs à immersion dans l'huile utilisent souvent l'huile de cèdre comme support. De tels objectifs sont également appelés lentilles à huile. Son grossissement est de 90×-100× et la valeur d'ouverture numérique est supérieure à 1. Selon le grossissement de l'objectif, il peut être divisé en : ①L'objectif à faible puissance se réfère à 1× -6×, la valeur NA est 0.04-0.15 ; ②L'objectif de puissance moyenne fait référence à 6 ×-25×, la valeur NA est 0.15-0.40 ; ③L'objectif haute puissance se réfère à 25 ×—63×, la valeur NA est de 0,35—0,95 ; ④ L'objectif d'immersion dans l'huile fait référence à 90 × — 100 ×, la valeur NA est de 1,25 à 1,40. Selon le degré de correction d'aberration, la classification peut être divisée en : ① La lentille d'objectif achromatique est une lentille d'objectif couramment utilisée, marquée par "Ach" sur la coque, cette lentille d'objectif peut supprimer l'aberration chromatique formée par la lumière rouge et le cyan. Lumière. Il est souvent utilisé en conjonction avec les oculaires Huygens en microscopie. ②L'objectif apochromatique est marqué du mot "Apo" sur le boîtier de l'objectif. En plus de corriger l'aberration chromatique de la lumière rouge, bleue et verte, il peut également corriger la différence de phase causée par la lumière jaune. Il est souvent utilisé avec des oculaires compensateurs. ③ Des lentilles d'objectif spéciales sont fabriquées sur la base des lentilles d'objectif ci-dessus pour obtenir un certain effet d'observation spécifique. Tels que: lentille d'objectif avec bague de correction, lentille d'objectif avec diaphragme de champ, lentille d'objectif à contraste de phase, lentille d'objectif à fluorescence, lentille d'objectif sans contrainte, lentille d'objectif sans capuchon, lentille d'objectif à longue distance de travail, etc. Les lentilles d'objectif couramment utilisées dans le courant recherche sont : objectif semi-apochromatique (FL), objectif plan (Plan), objectif plan apochromatique (Plan Apo), objectif super plan (Splan, super plan apochromatique) objectif (Splan) Apo), etc.
(4) Oculaire La fonction de l'oculaire est d'agrandir à nouveau l'image réelle agrandie par l'objectif et de refléter l'image de l'objet aux yeux de l'observateur. La structure de l'oculaire est plus simple que celle de l'objectif. L'oculaire d'un microscope optique ordinaire se compose généralement de deux lentilles. La lentille supérieure est appelée « oculaire » et la lentille inférieure est appelée « lentille de champ ». Entre les lentilles supérieure et inférieure ou en dessous des deux lentilles, il y a un diaphragme annulaire métallique ou "diaphragme de champ". Après grossissement, l'image intermédiaire de la lentille d'objectif tombe sur le plan du diaphragme de champ, de sorte qu'un micromètre d'oculaire peut être placé. Les oculaires couramment utilisés dans les microscopes optiques sont Pour les oculaires Huygens, si vous devez effectuer des recherches, choisissez généralement des oculaires offrant de meilleures performances, tels que les oculaires compensateurs (K), les oculaires plats (P) et les oculaires à champ large (WF). Utilisez un oculaire photographique (NFK) lorsque vous prenez des photos.
(2) Microscope optique Le grossissement du microscope se fait à travers la lentille et l'imagerie d'une seule lentille présente des aberrations qui affectent la qualité de l'image. Un groupe de lentilles composé d'une seule lentille équivaut à une lentille convexe avec un meilleur grossissement. La figure 1-4 est le mode principal de l'imagerie au microscope. AB est le spécimen.
(3) Les performances du microscope. La résolution d'un microscope dépend de diverses conditions du système optique. L'objet observé doit avoir un fort grossissement et être clair. La capacité d'un objet à présenter une structure claire et fine après grossissement dépend d'abord des performances de l'objectif, suivies des performances de l'oculaire et du condenseur.
1. L'ouverture numérique est également appelée rapport d'ouverture (ou rapport d'ouverture), abrégé en NA, et leurs valeurs sont marquées sur l'objectif et la lentille du condenseur. L'ouverture et l'ouverture numérique sont les principaux paramètres des objectifs et des condenseurs, et sont également des indicateurs importants pour juger de leurs performances. L'ouverture numérique est étroitement liée à diverses propriétés des microscopes. Elle est proportionnelle à la résolution du microscope et inversement proportionnelle à la profondeur de champ. Elle est proportionnelle à la racine carrée de la luminosité de l'image miroir. L'ouverture numérique peut être exprimée par la formule suivante : NA=n.sin 2 où : n——la résolution moyenne entre l'objectif et l'échantillon ——l'angle d'ouverture de l'objectif l'angle d'ouverture de l'objectif fait référence à la distance de l'axe optique de l'objectif L'angle entre la lumière émise par le point objet supérieur et le bord du diamètre effectif de la lentille avant de l'objectif est illustré à la figure 1-5 . L'angle d'ouverture de l'objectif est toujours inférieur à 18 0 degrés. L'indice de réfraction de l'air étant de 1, l'ouverture numérique de l'objectif sec est toujours inférieure à 1, généralement 0.05-0.95 ; si l'objectif à immersion dans l'huile est immergé dans l'huile de cèdre (avec un indice de réfraction de 1,515), l'ouverture numérique peut atteindre 1,5. Alors que théoriquement la limite d'ouverture numérique est égale à l'indice de réfraction du milieu d'immersion utilisé, en pratique, il est impossible d'atteindre cette limite du point de vue de la technologie de fabrication des lentilles. Habituellement, dans la plage pratique, la plus grande ouverture numérique des objectifs à immersion dans l'huile est de 1,4. Les indices de réfraction moyens de plusieurs substances sont les suivants : 1,0 pour l'air, 1,33 pour l'eau, 1,5 pour le verre, 1,47 pour la glycérine et 1,52 pour le cèdre. L'effet de l'indice de réfraction du milieu sur le chemin optique de l'objectif est illustré à la figure 1-6.
2. La résolution D peut être exprimée par la formule suivante : D=λ/2N.A. La longueur d'onde de la lumière visible est 0.4-0.7 microns, avec une longueur d'onde moyenne de 0.55 microns. Si un objectif avec une ouverture numérique de 0.65 est utilisé, alors D {{10}}.55 microns / 2 x 0.65=0.42 microns . Cela signifie que les objets plus grands que 0.42 microns peuvent être observés et les objets plus petits que 0,42 microns ne peuvent pas être vus. Si un objectif avec une ouverture numérique de 1,25 est utilisé, alors D=2.20 microns. Tout objet à inspecter dont la longueur est supérieure à cette valeur sera visible. On peut voir que plus la valeur D est petite, plus la résolution est élevée et plus l'image de l'objet est claire. Selon la formule ci-dessus, la résolution peut être améliorée en : (1) réduisant la longueur d'onde ; (2) augmenter l'indice de réfraction; (3) augmenter l'angle de la lentille. Les microscopes à lumière ultraviolette et les microscopes électroniques utilisent de courtes longueurs d'onde de lumière pour améliorer la résolution afin d'examiner des objets plus petits. La résolution de l'objectif est étroitement liée à la netteté de l'image. Les oculaires n'ont pas cette capacité. L'oculaire grossit uniquement l'image produite par l'objectif.
3. Grossissement : le microscope grossit l'objet, d'abord à travers la lentille d'objectif * grossissement secondaire, et l'oculaire provoque un grossissement secondaire à la distance de vision claire. Le grossissement est le rapport volumique de l'image arrière à l'objet d'origine. Par conséquent, le grossissement (V) du microscope est égal au produit du grossissement de l'objectif (V1) et du grossissement de l'oculaire (V2), à savoir : V=V1×V2 La méthode de calcul de la comparaison peut être obtenue à partir de la formule suivante M= △ × D F1 F2 F1 =Longueur focale objective F2=Longueur focale de l'oculaire △=Longueur du conduit de lumière D{{ 12}}Distance de visée claire (=250mm) △=Objectif de grossissement D=Grossissement de l'oculaire M=Grossissement du microscope F1 F2 Réglage △=160mm F{ {20}}mm D=250mm F2=150mm Alors M= △ × D= 160 × 250 =40×16.7=668 fois F1 F2 4 15
4. Profondeur de champ : Observez l'échantillon au microscope. Lorsque la mise au point est sur un certain plan d'image, l'image de l'objet est claire et le plan d'image est le plan cible. En plus de la surface cible dans le champ de vision, des images d'objets floues peuvent également être vues au-dessus et en dessous de la surface cible. La distance entre ces deux surfaces s'appelle la profondeur de champ. La profondeur de champ d'un objectif est inversement proportionnelle à l'ouverture numérique et au grossissement : plus l'ouverture numérique et le grossissement sont grands, plus la profondeur de champ est petite. Par conséquent, le réglage du miroir à huile doit être plus prudent que le réglage du miroir à faible puissance, sinon il est facile de faire glisser l'objet et de ne pas être trouvé.
